電子生化眼等可植入設(shè)備的未來醫(yī)療電子走向落地

　　之前記得環(huán)球科學雜志有報道過，人造的合成感光器能夠?qū)⒆屆と藗兓謴鸵暳?。這一技術(shù)已經(jīng)開始走向臺前。

　　米卡?特霍（Miikka Terho）知道蘋果和香蕉的區(qū)別。他可以告訴你蘋果是圓的，吃在嘴里是甜的，咬起來很脆，而香蕉則長而彎曲，如果放的時間太長會變軟。但是，如果要他不摸、不聞，也不品嘗，就說出兩種水果的區(qū)別，他就沒有辦法了。特霍是個完全失明的盲人。但是，在2008年的三個月里，他恢復了用視覺來區(qū)分蘋果和香蕉的能力，這歸功于研究人員植入到他左眼里的一個微芯片。盡管試用的時間很短暫，但這項新技術(shù)的初步成功，卻永久地改變了特霍和其他很多盲人的境況。

　　特霍在芬蘭一家體育獎學金組織工作，他患有色素性視網(wǎng)膜炎，這種遺傳病破壞了視網(wǎng)膜上的感光細胞。16歲以前，他的視力還是正常的，但從那時起，他的夜間視力就開始衰退。20多歲時，他的日間視力也開始衰退。35歲時，特霍的左右眼都失去了中央視力（由視網(wǎng)膜中央的視錐細胞實現(xiàn)的視覺功能，負責精細的視覺）。40歲時，他只能用外圍視力（由視網(wǎng)膜上的視桿細胞實現(xiàn)的視覺功能，負責感受光線強弱）感覺光線。

　　2008年11月，一切都發(fā)生了改變。德國圖賓根大學的埃伯哈特?澤雷納（Eberhart Zrenner）將一塊芯片植入特霍的視網(wǎng)膜。這塊芯片替代了視網(wǎng)膜損壞的感光細胞（即視桿細胞和視錐細胞）。在健康的視網(wǎng)膜中，感光細胞將光轉(zhuǎn)化為電脈沖，后者穿過幾層特化的組織，其中一層由雙極細胞組成，最后到達大腦。芯片上有1 500個小方塊，它們排列在一個約1平方厘米的網(wǎng)格上，每個小方塊都含有一個光電二極管、放大器和電極。當光線照在一個光電二極管上時，就會產(chǎn)生微弱的電流，經(jīng)過放大器增強后，傳送到電極上，刺激附近的雙極細胞產(chǎn)生信號，通過視神經(jīng)傳送到大腦。照射在光電二極管上的光線越多，產(chǎn)生的電流就越強。

　　植入視網(wǎng)膜的芯片為特霍打開了一扇面向世界的窗戶，可以看見約1米外一張A4打印紙大小的范圍。通過這扇窗戶，特霍可以分辨出人和物體的基本外形和輪廓，尤其是在明暗反差強烈的時候。但是，植入芯片并沒有足夠的電極來產(chǎn)生清晰的圖像。另外，通過芯片，他眼里只有灰色的東西，感覺不到色彩，因為芯片還不能區(qū)分不同光線的波長。

　　盡管有這些局限，在接受手術(shù)后的幾天內(nèi)，植入芯片還是戲劇性地改變了特霍與這個世界互動的方式。他10年來第一次能夠看見和辨認一些物體，比如餐具和水果，讀出大字體印刷的字母，向房間里的人打招呼，認出自己的親人。另外兩位大約在同一時間內(nèi)接受芯片移植的患者，可以在陰暗的背景中找到明亮的物體。

　　3個月后，澤雷納不得不取出了芯片，因為移植芯片后，患者很容易受到皮膚感染：患者體外掛著一個袖珍的電池組，通過一條穿透皮膚的電線，向眼睛里的芯片輸送電能，這會在皮膚上留下開放的創(chuàng)口。此外，使用者必須要在計算機旁邊，讓計算機通過無線信號控制電脈沖的頻率，還有視野的亮度和對比度。

　　2008年以來，澤雷納已經(jīng)使植入芯片變得更安全和輕便。最新的芯片是無線的，到目前為止已經(jīng)移植到了10個人的眼睛內(nèi)。這種芯片有兩個電磁線圈，一個埋藏在患者耳后的皮膚下，并伸出一根細細的電線，與視網(wǎng)膜上的芯片連接。另外一個電磁線圈放在一個小型塑料盒里，位于皮膚表面，靠近耳朵的地方。這樣，兩個線圈形成了一個完整的電路，向植入的芯片供電。通過旋轉(zhuǎn)外部線圈上的按鈕，病人可以調(diào)節(jié)視野的亮度和對比度。為了進一步改善技術(shù)，澤雷納希望在一個視網(wǎng)膜上并排植入3個芯片，使病人有更大的視野。

　　盡管對于由感光細胞受損引起的失明患者（比如色素性視網(wǎng)膜炎、無脈絡(luò)膜、黃斑變性等），人工感光器有所幫助，但對青光眼或者其他與視神經(jīng)退化有關(guān)的病變則力有不逮。

　　另一個研究小組也在臨床研究階段初步取得了成功：美國加利福尼亞州第二視力（Second Sight）公司開發(fā)的視網(wǎng)膜植入設(shè)備Argus II也能治療色素性視網(wǎng)膜炎，盡管使用的是不同的技術(shù)手段。Argus II并沒有植入病人的視網(wǎng)膜內(nèi)，而是通過安裝在眼鏡上的微型相機來捕捉圖像，并將這些圖像轉(zhuǎn)換成電脈沖，傳遞給植入到視網(wǎng)膜表面的電極。與澤雷納的植入芯片不同的是，Argus II并不能在視網(wǎng)膜上模擬由光波引起的生理反應(yīng)，而是產(chǎn)生一幅由亮點和暗點拼成的圖片，患者需要經(jīng)過訓練才會解讀這些圖片。

　　即使只是恢復灰度視力，也花費不菲。目前，一旦通過了完整的測試并獲得審批，Argus II的安裝費將會達到每只眼睛10萬美元，而澤雷納的視網(wǎng)膜植入芯片的價格也不會低于這個數(shù)。澤雷納還必須進行額外的臨床實驗，才能讓歐洲咨詢委員會允許眼科醫(yī)生使用這種芯片。Argus II已經(jīng)獲得了審批，可以在歐洲大部分地區(qū)進行銷售，但在美國和其他國家還沒有上市。不過，臨床實驗的初步成功和這項技術(shù)的改進速度表明，視網(wǎng)膜植入設(shè)備在不久之后將得到更廣泛的運用。

　　智能型可植入設(shè)備

　　生物醫(yī)學工程師正在研發(fā)小型的、可植入的監(jiān)測設(shè)備，以便為醫(yī)生提供更多的信息，幫助他們決定怎樣才能給心臟病、糖尿病等慢性病患者提供最好的治療。幾種這樣的設(shè)備正在接受臨床實驗的考驗，它們可以從人體關(guān)鍵部位或血液中，以無線方式向體外接收設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)。未來，一些植入性監(jiān)測設(shè)備可以發(fā)揮更重要的作用，不僅是檢測心律不齊等危險疾病，還可以讓病人恢復心跳。現(xiàn)在，科學家正在開發(fā)的兩種這類設(shè)備，是針對兩種最常見的疾病：

　　心臟病發(fā)作。美國天使醫(yī)療系統(tǒng)公司（Angel Medical Systems）制造的“天使醫(yī)療衛(wèi)士”（Angel Med Guardian）監(jiān)護設(shè)備，大概有心臟起搏器那么大，可以監(jiān)測心跳。對那些不久前發(fā)作過心臟病，但不需要植入起搏器或者除顫器（cardiac defibrillator）的患者，該設(shè)備可以監(jiān)測異常心跳，比如驟然加速或不規(guī)律跳動。如果儀器探測到心臟病即將發(fā)作，它會震動，外接的尋呼機隨之會發(fā)出聲音，并開始閃光，提醒病人尋求幫助。為了防止發(fā)出錯誤警報，該設(shè)備會在一分鐘內(nèi)持續(xù)檢測到危險信號后，才會發(fā)出警報。醫(yī)生可以把這些信號和設(shè)備收集到的其他關(guān)于心臟的信息，無線下載到一臺電腦上進行分析。天使醫(yī)療公司已經(jīng)授權(quán)一家生產(chǎn)植入性除顫器的公司使用這項心跳監(jiān)測技術(shù)。和除顫器結(jié)合后，該設(shè)備就可以在監(jiān)測到心跳停止或心律不齊時，對心臟進行電擊，同時向醫(yī)生輸送心電圖。

　　異常的葡萄糖水平。美國GlySens公司研制的一種植入式新型葡萄糖傳感器，可向數(shù)百萬糖尿病患者提供無線檢測系統(tǒng)。這種設(shè)備可以持續(xù)監(jiān)測患者的皮下葡萄糖水平，而監(jiān)測結(jié)果可以反映血糖濃度。因此，相比指尖采血的監(jiān)測方式，該設(shè)備得到更精確、更完整的信息，用以指導胰島素的注射劑量和時間。并且，由于這種傳感器是植入的，也不需要像對待目前常用的體外監(jiān)測設(shè)備一樣，時時去維護。

　　“我們希望給病人及其家庭提供一種設(shè)備，讓他們感覺不到設(shè)備的存在，但照樣可以得到疾病信息，”GlySens公司CEO、生物工程學家約瑟夫?盧西薩諾（Joseph Lucisano）說，“對于治療糖尿病之類的慢性病，我們要做的無非就是監(jiān)測、分析監(jiān)測結(jié)果、優(yōu)化治療方案。”所以，通過一種無線連接，“以最低的成本輸出大量數(shù)據(jù)，將讓很多我們甚至無法想象的事情成為可能”。

　　未來，無線傳感器可能會更加精密。研究人員已經(jīng)發(fā)明了一種輕薄而柔韌的設(shè)備，可以像假紋身一樣貼在皮膚上或植入體內(nèi)，收集心率、肌肉收縮乃至腦電波的數(shù)據(jù)。這種設(shè)備由專門開發(fā)柔韌電子設(shè)備的美國mc10公司研制，這些富有未來感的設(shè)備，今后將實現(xiàn)真正意義上的便攜——帶有內(nèi)置電源和無線信號發(fā)射器。如果內(nèi)臟器官的無線監(jiān)測設(shè)備與具有柔韌性、形狀可變的設(shè)備相結(jié)合，醫(yī)生和病人就能實時獲得多種疑難病癥的信息，而這一目標是很可能實現(xiàn)的。